Проблемы непосредственного впрыска в России
Разбираемся, почему прямой впрыск в России создает владельцам авто проблемы, о которых японцы и европейцы даже не подозревают.
За многие годы активного сотрудничества между потребителями и мастерами автосервисов, проведения всевозможных тестов продукции, а также самостоятельных ремонтов, мы наработали огромную базу знаний. Сегодня мы продолжаем серию публикаций о распространенных проблемах современных моторов. Ни в коем случае не хотим высказывать претензии автопроизводителям. Вся информация собрана при личном общении или на собственном опыте экспертов LAVR.
Тема сегодняшнего разговора – проблемы моторов с непосредственным впрыском топлива.
Непосредственный или прямой впрыск считается наиболее современным. Хотя саму технологию пытались применять на автомобильных моторах еще до войны – она претерпевала разнообразные изменения. На современном этапе (года после 2007) машины, оснащенные двигателем с непосредственным впрыском, начиная от 40 000 км пробега сталкиваются со множеством типичных проблем, за которыми следует сложный, дорогостоящий ремонт. При этом, турбированные моторы по сравнению с обычными атмосферными сталкиваются с неисправностями чаще и раньше, ведь там температурные нагрузки во впуске выше.
Чувствительность к бензину
Самая большая и распространенная проблема современных моторов непосредственного впрыска – чувствительность всей системы к качеству топлива, а также масла. Вот почему название текста содержит географическую привязку. Проблему «ломкости» непосредственного впрыска правильнее назвать проблемой непосредственного впрыска в России. Все потому, что содержание серы и примесей внутри бензина у нас очень высокое, что критично для прецизионной топливной аппаратуры прямого впрыска. Даже в благополучной Европе по сравнению с идеальной Японией качество бензина влияет на ресурс моторов, а на территории РФ все совсем печально.
Здесь часто задают вопрос: сама механика непосредственного впрыска, использование ТНВД пришли в бензиновые моторы из дизельных. Почему у дизелей нет подобных проблем. Секрет в смазывающих свойствах: у дизтоплива они гораздо выше, чем у бензина. Первым зачастую страдает топливный насос высокого давления. Таким образом, владельцам авто с мотором непосредственного впрыска важно следить за качеством бензина, при заправке на сомнительной АЗС применять Октан-корректор, Усилитель моторного топлива или Моющую присадку. Не лишним будет также регулярно использовать Нейтрализатор воды. Это постоянная профилактика. Раз в год следует промывать форсунки. Демонтаж и промывка в УЗ-ванне при непосредственном впрыске становятся довольно сложной, дорогостоящей процедурой, а вот безразборная промывка жидкостью ML101 с раскоксовывающим эффектом или более мягким средством ML101 Euro гораздо доступнее.
Что касается требований к качеству масла или проблем с его угаром, опытные автовладельцы советуют использовать малозольное масло, менять которое нужно через каждые 5 000-7 000 км. Низкое содержание золы (до 1,15%, а иногда до 0,8%) необходимо, чтобы масляная пыль, которая летит из системы вентиляции картера и ЕГР, как можно меньше загрязняла клапана и камеру сгорания. Но малозольные масла не слишком стойкие и долговечные, поэтому требуют более частой замены, тщательного подбора. Автопроизводители уже сами путаются в допусках, пытаясь найти варианты, которые не повлекут ни повышенный износ всего двигателя, ни закоксовку клапанов.
Еще один усугубляющий момент: при износе ЦПГ топливо может попадать в поддон картера, смешиваться с маслом, что значительно уменьшает его смазывающие свойства.
Какие профилактические меры здесь можно предпринять? Следить за интервалами замены, покупать масло только в проверенных магазинах, делать промывку системы при замене. Для авто с непосредственным впрыском отлично подходят классическая 7-минутная промывка двигателя, созданная специально для турбовых моторов, либо 10-минутка High Traffic.
Нагар на клапанах
Опытные мастера уверяют, что раньше других начинаются проблемы у клапанов: отложения накапливаются, застывают на впускных клапанах уже при пробеге 20 000 км.
Склонность к закоксовке клапанов объясняется очень просто. При распределенном впрыске форсунки подают бензин на клапан, таким образом охлаждая, омывая его. При непосредственном впрыске это невозможно, соответственно, клапана греются сильнее, на них летит масляная пыль из системы вентиляции картерных газов, постепенно нарастает «шуба» из масляных отложений и нагара. Она затрудняет газообмен, нарушает герметичность камеры сгорания. Если вспомнить, что большая часть современных моторов предполагает по регламенту приличный угар масла, то понятно, что загрязнения образуются очень быстро. Особая группа риска включает моторы, которые часто работают при малой нагрузке, то есть стоят в пробках.
Очистка впускных клапанов и окон ГБЦ на моторах с непосредственным впрыском рекомендована каждые 500 000 км. Чаще всего ее выполняют механически с демонтажем. Но то же самое можно сделать пенной раскоксовкой LAVR COMPLEX, запенив ее со стороны впускного коллектора. Есть также специализированные средства для впуска.
Перебои в зажигании
Моторы с непосредственным впрыском известны своими капризами при запуске.
Причиной могут быть закоксованные клапана, отсутствие компрессии. Но есть также технологическая особенность: из-за ухода тепловых зазоров при температурах ниже -25°С, ТНВД не может развить номинальное давление, запуск не происходит. По мере увеличения пробега проблема нарастает: при холодном пуске мотор начинает трястись, не заводится.
Сюда же добавляем низкое тепловыделение на холостых, ведь мотор работает на сверхобедненной смеси. То есть, запустившись с трудом, двигатель очень долго выходит на рабочую температуру, сильно изнашивая ТНВД и форсунки. Бывают случаи, когда небольшой по объему мотор настолько остывает, что из печки идет холодный воздух. Рекомендации здесь те же – максимально поддерживать работоспособность узлов системы питания двигателя за счет коррекции топлива, поддержания тотальной чистоты бака, фильтров, топливопроводов, форсунок, камеры сгорания, впускного коллектора.
Загрязнение форсунок
Форсунки непосредственного впрыска, разумеется, технически более сложные, дорогие, капризные. Если инжекторы распределенного впрыска работают под давлением 3-4 атмосферы, то эти нагнетают топливо силой до 200 атм. Требования к точности их работы тоже намного выше: даже небольшое изменение факела распыла ведет к серьезным нарушениям работы мотора. А из-за чего меняется факел?
Есть несколько факторов, назовем два ключевых. Первый — некачественный бензин, вода внутри топливной системы. Второй – контакт с высокой температурой внутри камеры сгорания, особенно при воспламенении рабочей смеси. То есть осмоление, загрязнение форсунки идет по двум сторонам, происходит это достаточно интенсивно. Загрязнение впрыска приводит к неправильному образованию топливной смеси, ухудшению воспламенения, динамики, потере мощности, пропускам зажигания, а также оказывает комплексное негативное влияние на основные системы автомобиля. О способах промывки впрыска мы писали ранее.
Какой вывод можно сделать из всего вышесказанного? Если соблюдать регламенты обслуживания, тщательно выбирать масла, использовать только проверенные крупные заправки, то на территории крупных городов России машины прямого впрыска могут ходить до 200 000 км без глобального ремонта. На территории глубинки, к сожалению, современный высокотехнологичный автомобиль может доставить много проблем.
Как заметно продлить жизнь двигателя машины с прямым впрыском топлива — Прилавок
- Прилавок
- Автохимия
Последние десятилетия в автомобильном моторостроении отметились ростом выпуска моторов с непосредственным впрыском топлива. При всех достоинствах этих агрегатов у них выявились и некоторые эксплуатационные недостатки, которые могут откровенно разорить автовладельца. Что это за недостатки, и как с ними бороться своими силами, выяснил портал «АвтоВзгляд».
Ставка на снижение веса автомобильных силовых агрегатов, их металлоемкости и себестоимости, а также ужесточение норм содержания вредных веществ в выхлопных газах и требований к топливной экономичности бензиновых двигателей — таковы современные тенденции мировой автоиндустрии. И сегодня эта задача решается довольно успешно: достаточно оценить масштабы массового внедрение систем непосредственного впрыска бензина. Наиболее известные обозначения таких систем — GDI (а также TSI, D4, DISI, CGI, HPi).
Напомним, что применение систем GDI позволило реализовать такой уникальный режим работы двигателя, как устойчивая работа на сверхбедных топливных смесях. На горизонте бензинового моторостроения замаячила идиллическая картина — легкий компактный силовой агрегат, развивающий высокую мощность, обеспечивающий отличные экологические показатели и способный соперничать с дизелями по топливной экономичности. Но как говорится, во всем есть свои нюансы.
И здесь важно более детально остановиться на особенностях современных двигателей с непосредственным впрыском топлива. Одной из главных является возможность работы силового агрегата на нескольких видах смесеобразования. Это обстоятельство является неоспоримым плюсом систем GDI, так как разнообразие этих процессов позволяет получить максимальную эффективность сгорания смеси. Например, как уже отмечалось выше, в системах непосредственного впрыска удается получить экономию топлива за счет режима работы на сверхобедненной смеси, причем без потери мощности.
Кроме того, в двигателях GDI заметно увеличена степень сжатия топливовоздушной смеси, а это помогает избежать калильного зажигания и детонации, а таким образом увеличивается ресурс. Так же к положительным моментам моторов с непосредственным впрыском нужно отнести существенное снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных веществ, а это достигается за счет многослойного смесеобразования, в свою очередь дающего еще более полное сгорание смеси, что дополнительно повышает мощность двигателя.
Некачественный бензин в моторах с непосредственным впрыском топлива ведет к закоксовыванию фосунок и появлению нагара в камере сгорания и на поршнях.
Фото avtovzglyad.ru
Перечисление положительных свойств двигателей GDI, конечно же, было бы неуместным без упоминания ряда отрицательных моментов его эксплуатации. Главный минус таких силовых агрегатов связан со сложностью технического исполнения узлов системы впуска и ее элементов подачи топлива. Поэтому, как любая сложная электронно-механическая конструкция, работающая на жидком топливе, моторы с системами GDI оказываются крайне чувствительным к качеству используемого горючего.
Совершенно очевидно, что игнорирование этого факта неизменно будет провоцировать появление разного рода дефектов топливного тракта. Что, собственно, можно часто наблюдать в ситуациях, когда многие водители, пренебрегая правилами и требованиями эксплуатации, заливают в бак машины бензин сомнительного качества. Итог таких действий — быстрое закоксовывание форсунок, ведущее к резкой потере мощности двигателя и, безусловно, увеличению расхода топлива. А за устранение подобных дефектов в сервис-центре придется выложить кругленькую сумму.
Впрочем, подобного развития событий вполне можно избежать, если заблаговременно принять меры «противодействия» в случаях, когда есть сомнения в качестве используемого горючего, например, при заправке на незнакомой АЗС во время дальнего автопутешествия. Как раз для таких ситуаций специалистами немецкой фирмы Liqui Moly была разработана и успешно применяется уникальная топливная присадка Direkt Injection Reiniger, которая значительно снижает риск возникновения поломок связанных с некондиционным бензином в системах непосредственного впрыска топлива.
В частности, данный продукт специально создан для лечения и профилактики загрязнений форсунок GDI. Его эффективность такова, что он вполне может заменить даже стендовую очистку форсунок. При этом препарат гарантированно удаляет нагар, смолистые отложения, а попутно чистит и камеру сгорания. Еще одним достоинством присадки Direkt Injection Reiniger является ее направленное действие — она начинает работать только в горячих узлах аппаратуры (форсунках, камере сгорания), тогда как в баке, где происходит лишь смешивание с горючим, она остается инертной.
29989
29989
проблемы новых авто в Беларуси
TSI, FSI, DISI, EcoBoost, TFSI – все это обозначения новых моторов с непосредственным впрыском топлива. Их преимущества давно известны: экологичность и экономичность. Но в Беларуси высокие технологии становятся головной болью для владельцев. Вот типичные отзывы: “…плохо заводится зимой… периодически загорается Check Engine”. Своим видением “проблемы непосредственного впрыска” делятся специалисты.
Дмитрий Перлин, консультант МАХ “Атлант-М”:
— Плохой запуск новых двигателей с непосредственным впрыском в условиях Беларуси? На самом деле та же самая проблема существует в Финляндии и Швеции. И рецепт во всех случаях один и тот же: стараться полностью прогревать мотор. И примерно раз в неделю “нагружать” его высокими оборотами. Проехав, например, километров 15 по кольцевой в быстром ритме. Этот рецепт мы рекомендуем, например, владельцам новых Mazda CX-7 с двигателем 2.3 Turbo DiSi. Форсированный мотор, около 100 л.с. с литра рабочего объема. Поэтому минимальные отклонения – и двигатель “капризничает”. В особо запущенных случаях дело может закончиться заменой катализатора. Двигатель зимой работает на переобогащенной смеси, смесь догорает в катализаторе. Он в буквальном смысле раскаляется: вплоть до малинового цвета.
Поэтому наш рецепт один: раз в неделю “выгуливать” машину по кольцевой
Артем Гонцов, редактор сайта domkrat.by:
— «Проблема TSi”? Когда в Беларуси появились рестайлинговые Volkswagen Touran с мотором 1.4 TSI мощностью 140 л.с. (турбонаддув и механический компрессор), с зимним запуском были проблемы. Сервисмены чистили свечи, пытаясь оживить моторы. “Лечили” двигатели перепрошивкой, советовали заливать “98-й” бензин. По двигателю 1.8 TSI (160 л.с.) нареканий не слышал. По моей информации, проблему “вылечили” перепрошивкой блока управления двигателя. Но все зависит от качества бензина: зимой проблема холодного запуска периодически “всплывает”.
Константин Фомичев, начальник СТО дилера Opel СОО «Автоцентр РМ-Маркет»
:— На самом деле все упирается в качество нашего бензина. Даже обычные моторы на нашем бензине “не едут”. Падает мощность, растет расход топлива. Покрываются нагаром свечи, клапаны. Особенно это касается “95-го”: очень часто его “получают” путем добавления присадок в “92-й”. Поэтому наши клиенты с “прямовпрысковыми” моторами зачастую используют “92-й”. Как ни странно, на нем автомобиль работает лучше. Хотя мы всем рекомендуем использовать “98-й”: на нем авто будет работать гарантированно хорошо.
Чтобы двигатель гарантированно запускался зимой, его нужно полностью прогревать. И раз в неделю “прохватывать” по кольцевой
Еще очень важна своевременная замена свечей: мы рекомендуем в обязательном порядке менять их каждые 40 000 км. И обязательный совет для всех желающих уверенно запускать мотор в любую погоду: больше ездить, сокращать пробеги между холодными стартами. Мотор нужно полностью прогреть и желательно “прохватить” с высокими оборотами. Тогда нагар выгорит, успешный запуск гарантирован. Я бы не стал говорить, что с “прямовпрысковыми” двигателями проблем больше. Точно так же на плохом бензине с трудом заводятся обычные моторы, соответствующие нормам “Евро-4” и “Евро-5”.
В большинстве случаев проблемы “прямопрысковых” моторов решаются перепрошивкой блока управления. Новые программы появляются на фирменных СТО едва ли не каждый месяц
Если заглядывать дальше, в будущее больших пробегов – конечно, “прямовпрыск” доставит больше неприятностей. Ремонт двигателей с непосредственным впрыском будет стоить дороже.
На плохом бензине одинаково “капризничают” все моторы, и непосредственным, и с распределенным впрыском. Итог один: ехать на СТО
Сергей Борисик, тренер учебного центра импортера Volkswagen ИП «Атлант-М Фарцойгхандель»:
— Плохое топливо одинаково влияет на запуск всех моторов, что MPI, что FSI. “Баловаться” с октановым числом бензина особого смысла нет, гораздо важнее его качество. Проблемы с “холодным” запуском “непосредственных” двигателей были. 2,0-литровые плохо запускались в сырую погоду с температурой около 0 градусов. Эти вопросы решились перепрошивкой блока управления. А вся эта история о плохом запуске “прямых” моторов не имеет смысла: проблема не в них, а в качестве бензина. От плохого топлива у всех моторов заливает свечи, двигатели «троят» и загораются лампочки Check Engine. Не вижу в этом ничего особенного.
Проблема качества белорусского бензина, в основном, — проблема его транспортировки и хранения. Топливные компании иногда перевозят все виды топлива одной цистерной. “95-й” после дизтоплива – такое бывало
Борис Саенко, технический эксперт официального импортера Citroen ООО «Вуатюр де Франс»:
— На самом деле на моторах с непосредственным впрыском “обожглись” все производители. Первые двигатели получились капризными у всех. Особенно это касается подержанных машин с большими пробегами. Двигатели буквально обвешаны дополнительными датчиками, катализатор сложной конструкции: в нем стоит так называемая ловушка окислов азота. Плюс возможные проблемы с ТНВД – поэтому опасаться непосредственного впрыска нужно владельцам “укатанных” “бэушек”. В ремонте эти моторы, конечно, дороже обычных.
Бояться непосредственного впрыска нужно покупателям подержанных машин: в ремонте эти двигатели дороже
С жалобами на плохое топливо к нам приезжают все: не могу сказать, что “прямые” моторы намного капризнее. Все вопросы с запуском обычно решаются путем перепрошивки блока управления двигателем. Эти обновления постоянно появляются на сервере во Франции, мы можем скачивать и устанавливать новый “софт” буквально на каждом ТО.
Владимир Гурьянов, автомобильный журналист:
— Проблема “непосредственного впрыска”? Эти моторы очень боятся воды в топливе. Как говорится в поговорке, одна капля убивает топливный насос. Проблемы с плохим запуском “лечатся” перепрошивкой, а последствия воды в топливе обойдутся дороже. Средний порядок цен такой: 800 долларов топливный насос, 150 долларов форсунка. Но в гарантийный период это не забота владельца, поэтому “прямого впрыска” я бы не боялся.
Будьте в курсе всех событий на рынке новых автомобилей от официальных дилеров в Беларуси! Следите за акциями, скидками и специальными предложениями на каналах автопортала Domkrat.by – и делайте правильный выбор своего будущего автомобиля!
Domkratby
domkrat_by
domkratby
Непосредственный впрыск топлива
В поисках способа усовершенствовать систему распределенного впрыска инженеры пришли к выводу, что для оптимизации сгорания топлива его лучше впрыскивать прямо в цилиндры, а не во впускной коллектор. Эта идея привела к появлению систем впрыска нового поколения.
История создания непосредственного впрыска топлива
Изобретателем системы непосредственного впрыска принято считать французского инженера и автопромышленника Леона Левассора. Он установил первую систему подобного рода на авиационный двигатель V8 в качестве экспериментальной, с целью решить основную проблему самолетных двигателей внутреннего сгорания — нарушения работы впрыска в момент переворота аэроплана. В 1907 году этим двигателем был оснащен моноплан Antoinette VII.
Первую автомобильную систему непосредственного впрыска разработала компания Bosch, а установлена она была впервые на автомобили ныне несуществующих немецких марок Goliath и Gutbrod в 1952 году.
Непосредственный впрыск топлива.В семидесятые годы, побуждаемая топливным кризисом, американская компания AMC занялась разработкой собственной системы непосредственного впрыска, которой впоследствии оснащали двигатели одноименных автомобилей. Система называлась SCFI. Примерно в те же годы концерн Ford выпустил на рынок собственную разработку под названием ProCo.
В современном автопроме первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году
Системы обладали рядом недостатков, и после окончания кризиса интерес к непосредсвенному впрыску снизился. Следующая волна разработок пришлась на середину девяностых.
Первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году, установив систему GDI на четырехцилиндровый двигатель 4G93 автомобиля Galant.
В 2000 году появилась, вероятно, наиболее известная в наши дни система непосредственного впрыска FSI концерна Volkswagen-Audi group
Toyota выпустила собственную систему D4 на внутренний рынок Японии в 1998 году. В 1999 была представлена система IDE компании Renault.
В 2000 году появилась система FSI (и TFSI в случае установки на двигатель турбины) концерна Volkswagen-Audi group.
В дальнейшем в том или ином виде свои системы представили все крупнейшие мировые производители. Непосредственный впрыск остается крайне актуальной темой в связи с интересом к экономии и жестким экологическим нормам в современном автомобилестроении.
Принцип работы непосредственного впрыска топлива
Непосредственный впрыск топлива — разновидность распределенного впрыска, применяемая в наиболее современных двухтактных и четырехтактных двигателях внутреннего сгорания.
Наиболее широкое распространение система получила в современных дизельных двигателях, так как дизельное топливо тяжелее бензина, и проблема оптимизации сгорания для них более актуальна
В системах непосредственного впрыска топливо сначала аккумулируется в магистрали под высоким давлением (более высоким, чем в обыкновенных инжекторных системах), а затем при помощи форсунок впрыскивается непосредственно в цилиндры, то есть в камеру сгорания, куда заранее уже закачан воздух.
При непосредственном впрыске топливо-воздушная смесь преднамеренно обеднена, что способствует повышению экономичности двигателя. При этом проблема снижения мощности решается за счет более эффективного распрыскивания топлива. Одно и то же количество топлива в зависимости от размера капель при распрыскивании сгорает по разному. Мелкие капли, смешавшись с воздухом, образуют в камере сгорания туман, в котором пламя распространяется равномерно. Топливо при таком распрыскивании сгорает практически без остатка, и продуктов сгорания почти не остается. При таком сгорании меньшая доза топлива отдает столько же тепла, сколько отдает большая доза при распрыскивании относительно крупными каплями. В последнее время исследования по оптимизации сгорания продолжаются. Наиболее перспективным направлением считается развитие послойного впрыска. Топливо при послойном впрыске попадает в камеру сгорания несколькими частями с очень малым интервалом. Этот алгоритм позволил добиться дополнительной оптимизации сгорании топлива.
Единственный недостаток непосредственного впрыска — усложнение конструкции и увеличение себестоимости компонентов. Производителям приходится проводить отладку системы уже после начала продаж
Дополнительная экономия достигается за счет точной дозировки топлива и открытия форсунок в строго определенное время. Благодаря компьютерному управлению момент и период открытия форсунок могут оперативно изменяться в зависимости от текущей нагрузки на двигатель.
В системах непосредственного впрыска основной упор сделан на дозировку топлива, поэтому роль дроссельной заслонки в регулировке состава смеси постепенно сходит на нет. По сути, в системах, подобных Valvetronic компании BMW, VVEL фирмы Nissan, Valvematic фирмы Toyota или MultiAir производства Fiat, дроссельная заслонка перестала быть главным инструментом, регулирующим поток воздуха, попадающего в камеру сгорания. Помимо системы дозировки топлива, функцию дроссельной заслонки отчасти взяла на себя система интеллектуального контроля фаз газораспределения.
Непосредственный впрыск конструктивно сближает систему впуска бензинового и дизельного двигателей
Благодаря применению непосредственного впрыска топлива появилась возможность заложить в блок управления разные программы управления впрыском и зажиганием, регулирующие работу режима в основных режимах, как правило, в трех — холостые обороты (и близкие к ним), движение под большой нагрузкой, движение при малой нагрузке. В каждом из этих режимов количество топлива в смеси разное. В режиме преднамеренно обедненной смеси достигается наибольшая экономичность, в стехиометрическом (то есть близком к оптимальному) сохраняется уверенная тяга при средней нагрузке, в форсированном — двигатель развивает максимальную мощность. Во время движения автомобиля блок управления двигателем постоянно меняет эти режимы, в зависимости от ситуации.
Режимы работы непосредственного впрыска
Режим обедненной смеси используется, когда нагрузка на двигатель минимальна: при движении на постоянной или снижающейся скорости.
Обычное, так называемое стехиометрическое (оптимальное) соотношение масс воздуха и бензина в камере сгорания, необходимое для успешного зажигания и сгорания топливо-воздушной смеси — 14.7:1. Однако в вышеописанных ситуациях, то есть когда обороты двигателя быстро или постепенно замедляются, его можно без вреда для двигателя менять в пользу меньшего количества топлива. Таким образом, в режиме обедненной смеси количество долей воздуха может достигать 65 (а иногда и более) к одной доле топлива.
В сложной системе непосредственного впрыска повышается вероятность сбоя. Известны случаи отзыва автомобилей, оснащенных системами впрыска этого типа
Стехиометрический режим используется при равномерном движении с постоянной нагрузкой на двигатель. В этом режиме воздух и топливо смешиваются в идеальной пропорции, что способствует полному сгоранию.
В форсированном режиме содержание топлива в смеси слегка превышено. Это способствует развитию максимальной мощности, что целесообразно, к примеру, для нагруженного автомобиля, движущегося в гору.
Система непосредственного впрыска топлива
Система непосредственного впрыска топлива
- Информация о материале
- Автор: Владимир Бекренёв
- Просмотров: 31104
История создания
«Инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с распределённым впрыском топлива, у которой форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор. Такие двигатели более экономичны (до 15% экономии), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако они более требовательны к обслуживанию и качеству топлива.»(цитата из Википедии — свободной энциклопедии.)
Впрыск топлива в цилиндр был известен еще на самой заре автомобилестроения. В начале 1890-х годов немец Рудольф Дизель и англичанин Герберт Акройд-Стюарт защитили права на собственные схемы двигателя внутреннего сгорания, работающего на мазуте. Теория Рудольфа Дизеля — экономичного теплового двигателя, который работает благодаря высокой степени сжатия в цилиндрах, впоследствии оказалась очень эффективной. Английский же инженер Акройд Стюарт также предложил двигатель, в котором всасываемый в цилиндр воздух сжимался, затем в конце такта сжатия поступал в колбу, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя колба нагревалась при помощи паяльной лампы. После того, как двигатель запустился, он работал уже без внешнего подогрева. В двигателе Акройд-Стюарта впервые возникает прообраз насос-форсунки — (jerk pump). Акройд Стюарт не заинтересовался преимуществами, которые дает высокая степень сжатия и не заметил огромного преимущества экономии топлива предложенной в теории Дизеля. Инженер Йонас Хессельман (Jonas Hesselman) сумел объединить идеи обоих изобретателей в одной конструкции. В 1925 году он выпустил первый в истории транспорта двигатель с непосредственным бензиновым впрыском. Это был своеобразный гибридный двигатель, работавший на всем, что горит: топливом для него могли служить бензин, керосин, солярка, масло… Горючее любого вида впрыскивалось насосом в камеру сгорания через форсунку, подобную той, что применялась на дизелях. Заводился двигатель Хассельмана только на бензине (он зажигался в камере сгорания обычной свечой), а прогревшись до рабочей температуры, переключался на другое топливо. Никого не смущала заправка двух топливных баков разными видами топлива. На грузовики VOLVO такие ДВС устанавливали до 1947 года! Но полноценный бензиновый впрыск появился немного позже. До поры до времени пара насос-форсунка применялась лишь на дизельных двигателях. Перенести ее на бензиновые агрегаты мешало отсутствие эффективной внутренней смазки: в отличие от солярки бензин не имеет смазывающих свойств, поэтому экспериментальные насосы нередко заклинивало. Специалисты из “Bosch” долго боролись с этой проблемой в 30-е годы, но всё же решили её. Впервые применение непосредственного впрыска топлива с механическим управлением было реализовано на авиационном двигателе Daimler-Benz DB 601. По конструкции DB 601 традиционный V-образный — 12ти цилиндровый двигатель c жидкостным охлаждением, построен на базе карбюраторного DB 600. Оригинальный немецкий мотор ставили на: Dornier Do 215, Heinkel He 100, Henschel Hs 130A-0, Messerschmitt Bf 109, Messerschmitt Bf 110, Messerschmitt Me 210.
DB 601 был одним из лучших двигателей с непосредственным впрыском топлива времен 2-й Мировой войны. Положительной особенностью этого двигателя было то, что он создавался на базе надежною карбюраторного двигателя DB 600. При создании, двигатель получил достаточный запас прочности, допускавший дополнительное форсирование. Двигатель с непосредственным впрыском оказался на 6-7% мощнее традиционного карбюраторного двигателя. Кроме того, двигатель отличался необычайно равномерным дозированием топливно-воздушной смеси. Но что было важнее всего для авиации, двигатель с непосредственным впрыском топлива стабильно работал независимо от ориентации в пространстве. Впрыск также позволял снизить вероятность пожара и взрыва при повреждении топливной системы, а при форсировании не требовалось значительно увеличивать степень сжатия.
Были у двигателя и недостатки. Прежде всего, система непосредственного впрыска весила почти в два раза больше, чем карбюратор. Для системы требовался насос, развивающий давление 200-300 атмосфер. Система отличалась требовательностью к качеству топлива. Двигатель с непосредственным впрыском не мог развить более 2400 оборотов в минуту. Наконец, большую важность представляло соблюдение технологии производства. В 1936 году новый DB 60IA-1 мощностью 1100 л.с. (топливо В4, октановое число 87) пошел в серию. Этот двигатель устанавливали на истребителях Bf-109C и ВГ-109Е. Следующей модификацией мотора стал DB 601N. Его мощность составляла 1175 л.с. Он был приспособлен для работы на бензине СЗ (октановое число 95). Так начиналась эра двигателей с непосредственным впрыском топлива.Немного позже во время второй мировой войны Советские конструкторы в кратчайшие сроки пустили в серию авиационный мотор АШ-82ФН. Этот малогабаритный мотор представлял собой 14-цилиндровую двухрядную «звезду». С воздушным охлаждением.
Цилиндры мотора расположены в два ряда (двумя звездами), в шахматном порядке по семь цилиндров в каждом ряду. Мотор относится к числу короткоходовых моторов, так как отношение длинны хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы. Этим обеспечивается относительно малый диаметр мотора, а следовательно, сравнительно малый удельный лоб (отношение площади лба мотора к его мощности). Габарит мотора составлял всего 1260 мм. По характеристикам АШ-82ФН превосходил лучшие образцы зарубежных моторов того времени. АШ-82ФН снабжен агрегатом непосредственного впрыска топлива в цилиндры (НВ-3У ) вместо карбюратора. Двигатель М-82ФН с насосом НВ-3У обладал рядом преимуществ по сравнению с карбюраторным двигателем: увеличенной на 6…7 % мощностью; уменьшенным на 10 % расходом топлива; способностью работы на низкосортных топливах; высокой устойчивостью работы на всех режимах, в т.ч. на больших высотах и т.д. Кроме отличия в системе питания топливом, мотор отличался от карбюраторных моторов конструкцией отдельных деталей и узлов, допускающей форсирование. Двигатель М-82ФН был установлен на самолеты Ла-5. При этом специалистам моторостроительного конструкторского бюро А. Швецова удалось без увеличения массы двигателя довести его максимальную мощность до1850 л.с Итоги испытаний нового самолета превзошли все ожидания. Достаточно сказать, что максимальная скорость полета выросла до 635 км/ч. Теперь Ла-5 по праву вышел в число лучших истребителей мира. По скорости полета на малых и средних высотах, а также по характеристикам вертикального и горизонтального маневра он значительно превосходил немецкий истребитель FW 190A. Впервые самолеты Ла-5ФН в большом количестве были применены в воздушных боях на Курской дуге. Именно здесь они доказали свое превосходство над «фокке-вульфами», также брошенными в бой в массовом количестве.Особенно четко преимущество Ла-5ФН перед FW 190 проявлялось в ближнем маневренном бою. Всего за годы войны построено 10 000 Ла-5 и 5750 Ла-7.
После войны внедрение непосредственного впрыска в массы продолжила маленькая немецкая фирма Goliath. Впервые «гражданский» непосредственный впрыск бензина появился на двухтактном двухцилиндровом моторе маленького купе Goliath 700 Sport в 1951 году. Голиафовский мотор оснащался адаптированным вариантом дизельной топливной аппаратуры Bosch. Бензин впрыскивался двухплунжерным насосом в надпоршневое пространство под давлением по окончании выпуска. Кроме бензобака емкостью 44 л, под капотом находился трехлитровый маслобак системы смазки двигателя. Масло подавалось дозирующим насосом во впускной коллектор — в пропорции 1:40 с бензином. Впрыск бензина вместе с повышенной степенью сжатия увеличил отдачу мотора: если карбюраторный двигатель развивал 25 л.с., то со впрыском — все 29 л.с. «Впрысковые» Голиафы успели зарекомендовать себя как весьма экономичные машины. Так, в ходе тест-пробега седана GP 900 E на четыре с лишним тысячи километров пути ушло 280 л бензина и 7 л моторного масла. А в 1956 году Goliath 900 E выиграл экоралли Economy Run в Австралии со средним расходом топлива 5,3 л/100 км на дистанции в 1001 милю.Но даже непосредственный впрыск не излечил моторы Goliath от врожденной болезни двухтактных двигателей Отто — пропуска вспышек при низкой нагрузке. Под нагрузкой «Голиафы» вели себя превосходно — моторы работали ровно и исключительно тихо. Но на малом газу и на холостых оборотах они работали не стабильно, как и другие двухтактники! Ведь система впрыска Bosch была «усеченной» — на холостом ходу за подачу бензина отвечал своего рода «мини-карбюратор». А сизый дымок с характерным запахом из выхлопной трубы не давал забыть о смазке мотора. Кроме того, система впрыска оказалась намного сложнее привычного карбюратора в обслуживании и ремонте, что для небогатых тогда немцев представляло немаловажное обстоятельство. Поэтому в 1956 году в Бремене параллельно стали выпускать карбюраторный Goliath GP 900 V.
Следующим шедевром непосредственного впрыска стал снова Daimler-Benz с его «крылатым» купе Mercedes 300SL 1954 года.
После войны Германия получила запрет на разработку инжекторов для авиационных двигателей. И инженеры занялись адаптацией систем непосредственного впрыска для легковых автомобилей, обнаружив еще одно их немаловажное достоинство по сравнению с карбюраторами – экономичность. Система прямого впрыска – главный инженерный козырь «трехсотого». Это передовое решение применено на серийном автомобиле с четырехтактным двигателем впервые в мире. Традиционный 3-х литровый V6 не стали заменять на другой, а просто хорошенько “подкрутили” и обновили. Прежняя мощность увеличилась более, чем в два раза за счет установки новой механической системы топливной инъекции Bosch. Мощь двигателя возросла. С 86 kW (115 л.с.), до 180 kW (240 л.с.) при 6100 об/мин. Инжектор позволил развивать скорость до 250 км/ч. Такие показатели делали Mercedes-Benz 300SL одним из самых мощных и быстрых автомобилей своего времени. В 1956 году «трехсотый» Mercedes был приобретен для нужд Центрального НИИ топливной аппаратуры (ЦНИИТА) и доставлен в Ленинград. Отечественные специалисты были наслышаны о системе впрыска топлива и задумали создать советский аналог, для чего немецкую конструкцию разобрали буквально до винтика,… а вот скопировать не смогли – механизм оказался слишком сложным. «Наша» система впрыска так и осталась экспериментальной, а многострадальную и уникальную немецкую машину продали одному ленинградскому автоспортсмену. Тот «подарил» «Мерседесу» карбюратор и успешно выступал на удивительном автомобиле в кольцевых гонках.В Европе и Соединенных Штатах до сих пор «бегает» множество представителей семейства 300 SL – как купе с «крыльями чайки», так и родстеров. Для поклонников ретротехники, красивых автомобилей, для любителей машин дорогих и спортивных Mercedes-Benz 300 SL стал пределом мечтаний, для многих эта машина является символом экономического возрождения 50-х годов, а главное, «трехсотый» стал одним из немногих автомобилей, о котором можно сказать «первый в мире» или «один из первых».
Следующий опыт применения непосредственного впрыска был предпринят в период нефтяного кризиса 70-ых годов Ford’ом, но успехом не увенчался. Механический впрыск был ограничен максимальными оборотами и был очень капризным. Дальнейшее развитие электроники в 90 годах прошлого века вновь натолкнула разработчиков двигателей на создание идеального мотора. И в 1995 году японская Mitsubishi Motors Corp представила миру первый автомобиль с двигателем GDI (Gasoline Direct Injection).Это уже была революция в моторостроении.Новейший двигатель оснастили семиплунжерным ТНВД с рабочим давлением в 48кг,была увеличена степень сатия,установлены топливные инжекторы с высоковольтным управлением.Изменены поршни ,камера сгорания,впускной коллектор. А новейшая система электронного управления мотором была в не конкуренци.Так закончилась эра разработок механического непоредственного впрыска топлива в бензиновых моторах и началась эра разработок электронного впрыска. Но это уже совсем другая история.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.У вас нет прав оставлять комментарии.
ГБО на прямой впрыск
Мировые автопроизводители в погоне за экономичностью моторов все чаще и чаще внедряют самые передовые технологии. Одной из самых распространенных на сегодняшний день является технология прямого (непосредственного) впрыска. Законодателем мод в этой области можно смело назвать VAG (Volkswagen Audi Gruppe). Большинство моделей марки Volkswagen, Audi, Skoda, SEAT агрегатируются моторами FSI, TSI, TFSI, то есть двигателями с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания.
Но данный концерн уже давно не исключение и подобные моторы можно встретить у большинства других автопроизводителей. К примеру, у Ford это двигатели SCTi, у Mazda – DISI, у HYUNDAI и KIA – GDI, у Volvo – GTDi, у Peugeot и Citroёn – THP, у Renault – TCe, у Opel – SIDI, а у Nissan (Infiniti) – DIG. Это далеко не полный список и с каждым днем он увеличивается.
При всей экономичности данной технологии, она не исключает возможности переоборудования на газ, что позволит еще больше снизить расходы на топливо. Единственная проблема пока состоит в том, что далеко не все установщики ГБО умеют работать с такими моторами. Да и устанавливаемое газобаллонное оборудование в этом случае применяется не простое.
Тонкости прямого впрыска
Принципиальное отличие технологии непосредственного впрыска от классического распределенного состоит в том, что у двигателей с прямым впрыском форсунка находится непосредственно в камере сгорания. В то же время классическая схема подразумевает впрыск бензина во впускной коллектор.
Что это меняет? Все очень просто – форсунка, расположенная в камере сгорания, постоянно подвергается воздействию высоких температур. При работе двигателя на бензине охлаждение форсунки производится бензином, проходящим через нее. В обычном ГБО 4 поколения бензиновые форсунки отключаются и если использовать такой вариант на двигателе с прямым впрыском, то бензиновая форсунка попросту перегреется и «сгорит». Допускать этого нельзя, ведь современные бензиновые форсунки стоят весьма не дешево.
Варианты решения: ГБО на прямой впрыскРаспространение моторов с непосредственным впрыском заставило производителей ГБО разрабатывать специальные комплекты оборудования. Газовые форсунки при этом подают топливо, как и в классической схеме, во впускной коллектор. Но при работе двигателя на газовом топливе, через бензиновую форсунку в камеру сгорания подается минимальная порция бензина. Управляет всем этим процессом специальный контроллер, который отвечает не только за впрыск газа, но и руководит работой бензиновой топливной системы, обеспечивая постоянное управление пропорциями подачи двух топлив.
При таком бинарном режиме смеси, бензина в камеру сгорания поступает всего 10-15%, но этого вполне достаточно, чтобы бензиновая форсунка охлаждалась. Соответственно оставшиеся 85-90% топлива это газ. Это соотношение незначительно изменяется в различных нагрузочных режимах двигателя, ведь газовый ЭБУ управляя работой и газовой и бензиновой системы впрыска, корректирует состав топливной смеси для обеспечения оптимальных эксплуатационных характеристик. Таким образом, работа на газовом топливе современных автомобилей с двигателями FSI, TSI, TFSI и т.д. позволяет добиться максимальной эффективности без потери мощности.
Кто, где, когда и главное сколько стоит?Перед установкой газа на авто вопросов у владельца, как правило всегда больше чем ответов.
- Выгодно ли ГБО на прямой впрыск?
- Не навредит ли ГБО двигателю FSI, TSI, TFSI?
- Как быстро окупится газобаллонное оборудование?
- Где установить ГБО на непосредственный впрыск?
- Какое оборудование выбрать для установки газа на FSI, TSI, TFSI?
Не будем рассматривать подробно ответы на каждый из них, ведь мы уже неоднократно доказывали, что ГБО это выгодно, ГБО не вредит мотору, а срок окупаемости зависит от условий эксплуатации. Но в случае с газобаллонным оборудованием на моторы с непосредственным впрыском следует сделать несколько уточнений.
- Газобаллонное оборудование на прямой впрыск дороже классического ГБО 4 поколения, ведь само оборудование стоит больше, и квалификация специалистов его настраивающих должна быть соответствующая.
- При работе двигателя на газовом топливе в камеру сгорания будет подаваться и бензин (10-15%). Это значит, что бинарная смесь будет всегда состоять из воздуха и двух видов топлива: газ + бензин. При таком подходе неизбежны и бензиновые затраты, а значит, срок окупаемости будет чуть больше. Хотя, как правило, он все равно не превышает 15-20 тыс. км.
- Доверять установку ГБО на прямой впрыск можно только проверенным специалистам. При неквалифицированном монтаже и настройке вероятность получить некорректно работающую систему высока, а это может повлечь дорогостоящие ремонты и замену бензиновых форсунок.
Газовое оборудование для двигателей с прямым впрыском топлива выпускают многие производители. Но учитывая сложность технологии, не всякое ГБО можно поставить на машину. Часть таких комплектов попросту рассчитана на 3-5 моделей и не может быть использована на других авто.
При выборе газобаллонного оборудования на прямой впрыск рекомендуется использовать ГБО от ведущих мировых производителей (STAG, Landi Renzo, Prins и др.). Только серьезные компании с собственными испытательными полигонами и научно-исследовательскими центрами способны создавать долговременно и качественные работающие системы. Кроме того, каждая такая система перед выпуском на рынок испытывается в заводских условиях, тем самым обеспечивая надежность в повседневной эксплуатации.
Профессиональный монтаж и настройку ГБО на прямой впрыск в Украине пока осуществляют всего несколько СТО, но в итоге вы получите корректную работу двигателя во всех мощностных режимах и реальную экономию эксплуатационных затрат.
Система питания с непосредственным впрыском топлива.
Системы питания инжекторных двигателей
Непосредственный впрыск топлива
Система непосредственного впрыска инжекторных двигателей аналогична по конструкции системе питания дизельных двигателей Common Rail, предложенной в конце 60-х годов прошлого столетия швейцарским инженером Робертом Хубером, и завоевавшей в настоящее время широкую популярность, активно вытесняя классическую систему питания дизелей благодаря существенным достоинствам.
Слабым местом всех систем непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя является низкая эффективность смесеобразования – для того, чтобы топливо достаточно быстро сгорало, необходимо его тщательно перемешать с воздухом. По понятным причинам, системы с внешним смесеобразованием в этом плане имеют существенное преимущество, поскольку топливо и воздух перемешиваются еще до подачи в цилиндры двигателя и горение протекает интенсивнее.
Поэтому конструкторам, разрабатывающим дизельные двигатели и бензиновые двигатели с непосредственным впрыском топлива, приходится решать достаточно сложную задачу – как в сотые доли секунды получить внутри цилиндра равномерно распределенную по камере сгорания топливовоздушную смесь требуемого состава и качества.
Одним из путей решения проблемы является повышение давления топлива, впрыскиваемого форсункой в цилиндр двигателя. Топливо, вырывающееся под большим давлением из сопла распылителя форсунки, распыляется более интенсивно, широким фронтом, распространяясь при этом по камере сгорания и активно смешиваясь с воздухом.
Второй путь интенсификации смесеобразования, над которым работают конструкторы – создание формы камеры сгорания и головки поршня, способствующей завихрению воздуха при сжатии, что тоже способствует перемешиванию бензина и воздуха в цилиндре.
Для инжекторных двигателей с системой питания, использующей непосредственный впрыск, повышение давления впрыска достигается применением топливного насоса высокого давления, необходимость в котором для систем центрального и распределенного впрыска отсутствует.
Конечно же, топливная аппаратура высокого давления ложится определенным бременем на стоимости всей системы питания, что является одним из недостатков системы непосредственного впрыска, тем не менее, достоинства такой системы тоже очевидны. Двигатель, использующий непосредственный впрыск бензина, экономичнее и экологичнее аналогичных двигателей с внешним впрыском, кроме того, он меньше склонен к детонационным явлениям во время работы.
Итак, для того чтобы обеспечить качественное смесеобразование внутри цилиндра, необходимо повысить давление впрыска. Поэтому в системе непосредственного впрыска топлива насос низкого давления подает топливо через фильтр к насосу высокого давления, который создает в аккумуляторе (накопитель, где топливо находится под высоким давлением) давление 5…13 МПа.
При превышении давления специальный регулятор перепустит избыточное топливо на вход насоса высокого давления. Значение давления в аккумуляторе (накопителе) регистрируется датчиком давления и подается на электронный блок управления (ЭБУ). Топливо из аккумулятора подается к электромагнитным форсункам, которые включаются по команде от микропроцессора.
Благодаря впрыску топлива сразу после подачи искры в цилиндре обеспечивается воспламенение топливовоздушной смеси нормального состава, который поддерживает ЭБУ. При этом в удаленных от электродов зонах состав горючей смеси остается обедненным и даже бедным (в самых крайних зонах). Таким образом, при непосредственном впрыске образуется неравномерный состав топливовоздушной смеси по всему объему камеры сгорания.
Из возникшего у электродов свечи зажигания очага горения фронт пламени распространяется в периферийные зоны, где воспламеняет бедные составы смеси с коэффициентом избытка воздуха α≥2.
В результате существенно повышается топливная экономичность двигателя и снижается вероятность возникновения детонации.
По сравнению с системой распределенного впрыска система непосредственного впрыска обладает следующими недостатками:
- более высокая стоимость из-за наличия аппаратуры высокого давления;
- сложные температурные условия работы форсунки, распылитель которой расположен в камере сгорания;
- сложная форма камеры сгорания, необходимая для лучшего перемешивания воздуха и бензина;
- повышенные требования к бензину (ограничение содержания серы) и качеству его очистки.
Кроме того, использование насосов высокого давления или насос-форсунок традиционных конструкций осложняется отсутствием у бензина смазывающих свойств.
Тем не менее, благодаря описанным выше преимуществам, в первую очередь – высокой экономичности, система непосредственного впрыска все шире применяется производителями автомобилей и завоевывает популярность у автомобилистов. Можно предположить, что с развитием и совершенствованием технологий изготовления точных деталей системы с непосредственным впрыском займут лидирующие позиции в конструкциях бензиновых автомобильных двигателей.
***
Механическая система впрыска K-Jetronic
Главная страница
Дистанционное образование
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Газовые двигатели с прямым впрыском | Успешное земледелие
Обсуждения прямого впрыска топлива почти полностью сосредоточены на дизельных двигателях. Однако все чаще прямой впрыск используется в бензиновых двигателях, начиная от двигателей семейных автомобилей и заканчивая пикапами, а теперь и двигателями меньшего размера. Тем не менее, впрыск топлива в газовый двигатель полностью отличается от систем форсунок дизельной насосной линии.
В середине 1970-х годов на многих европейских автомобилях, которые импортировались сюда, была внедрена механическая система впрыска топлива Bosch.В 1980-х годах GM и Ford представили гибридную топливную систему, названную впрыском дроссельной заслонки (TBI). Он состоял из дроссельной заслонки (ей) и инжектора (ей) над ней. Топливо было введено в среду при атмосферном давлении.
Ford был первым, кто ввел настоящий впрыск топлива на рынок пикапов в 1986 году. Этим нововведением стала система впрыска топлива через порт (PFI). В этой конструкции имеется топливная форсунка для каждого цилиндра, которая устанавливается на стыке впускного коллектора с головкой блока цилиндров (на расстоянии примерно 100 мм или менее 4 дюймов от впускного клапана).
Преимущества ввода портаВ то время как TBI General Motors работал при низком давлении топлива (от 9 до 13 фунтов на квадратный дюйм), система Ford работала при 45 фунтах на квадратный дюйм. После того, как промышленность перешла на PFI, рабочий диапазон давления топлива составлял от 45 до 60 фунтов на квадратный дюйм.
Необходимость соответствовать более строгим стандартам выбросов и экономии топлива привела к внедрению прямого впрыска бензина (GDI).
В этой конструкции форсунка специальной конструкции размещается в камере сгорания головки блока цилиндров, как и топливная форсунка в дизельном топливе.Это устройство впрыскивает газ непосредственно в камеру сгорания под давлением до 2200 фунтов на квадратный дюйм.
Преимущество GDI по сравнению с PFI заключается в отсутствии потерь топлива при транспортировке, поскольку эмульгированная смесь проходит через впускной канал головки блока цилиндров. Главное преимущество заключается в фазовом изменении, которое происходит с газом в баллоне. Из-за скрытой теплоты парообразования это обеспечивает охлаждающий эффект топливно-воздушной смеси, поскольку тепло используется для преобразования жидкого бензина в разреженное состояние.
Более холодная температура нагнетаемого воздуха от GDI затем позволяет увеличить степень сжатия двигателя во многих областях применения до почти дизельного значения 14: 1. Самый эффективный метод повышения экономии топлива в двигателе внутреннего сгорания — это увеличение степени сжатия.
Несколько форсунокОднако развитие этих систем не остановилось. Последняя тенденция — комбинация движка PFI и GDI. В этой конструкции количество форсунок в два раза превышает количество цилиндров.Форсунка PFI находится на конце головки блока цилиндров направляющей впускного коллектора и форсунка в камере сгорания. Контроллер двигателя переключает между этими двумя топливными форсунками.
Обычно двигатель получает топливо через инжектор PFI при запуске или работе на холостом ходу и при очень малых нагрузках. В других режимах работы двигатель получает питание от системы GDI. Когда обе системы используются одновременно, рабочего состояния не существует.
Проблемы с отложениями на клапанахПоскольку многие производители проводят испытания в реальных условиях до того, как проект будет запущен в производство, они не могут воспроизвести все сценарии, которые приводят к ошибкам GDI.У GDI нет смачивания топлива на задней стороне впускного клапана. Тем не менее, во время перекрытия кулачков дымовые газы возвращаются туда и превращаются в нагар. Они откладываются на впускном клапане и блокируют поток воздуха в цилиндр.
Явление, называемое предварительным зажиганием на низкой скорости (LPSI), может возникать, когда двигатель холодный или находится на промежуточных ступенях температуры и работает на низких оборотах и при умеренных нагрузках.
В лучшем случае LSPI просто вызовет шум сгорания или приведет к растрескиванию свечи зажигания.Тем не менее, во многих случаях он настолько серьезен, что смещается кольцо поршня или изгибается шатун.
Серии событий, которые могут привести к LSPI, слишком сложны и подробны, чтобы их здесь описывать. Однако было установлено, что моторное масло вносит большой вклад. Было обнаружено, что моторные масла с высоким содержанием кальция очень склонны к возникновению LSPI.
По этой причине, если вы работаете с двигателем GDI, абсолютно необходимо использовать именно то масло, которое указывает производитель, и это будет смесь с низким содержанием кальция.General Motors, например, маркирует свое масло с низким содержанием кальция как Dextros.
Уход за отложениями на клапанахПри использовании системы PFI / GDI рабочее состояние двигателя с LSPI может быть вызвано системой PFI и больше не является проблемой. Имейте в виду, что ни одна из автомобильных компаний не будет обязана удовлетворять претензию в отношении двигателя, уничтоженного LSPI, после истечения срока гарантии на двигатель.
Если у вас двигатель только с GDI, вам необходимо использовать качественную топливную систему и очиститель форсунок, чтобы стержень форсунки оставался чистым.Однако из-за того, что топливо поступает в канал цилиндра, очиститель в баке не удаляет отложения из впускного клапана.
В настоящее время на рынке имеется множество отличных чистящих средств, которые можно ввести в систему впуска двигателя на высоких оборотах холостого хода, которые будут работать для разрыхления отложений на клапанах, чтобы их можно было сжечь.
Это звуковой протокол для выполнения этой услуги каждые 5000-7000 миль. Как только уголь станет слишком твердым или толстым, удалить его химическим способом будет невозможно.В этом случае необходимо снять головку блока цилиндров.
Если двигатель представляет собой систему PFI / GDI, для его ухода не требуется гораздо большего, чем использование указанного моторного масла и хорошего очистителя топливной системы в баке каждые 3000 миль. Химический состав будет содержать клапаны в чистоте вместе с штифтами форсунок PFI и GDI и сделает систему беззаботной.
Не беспокойтесь о том, чтобы иметь движок только для GDI. Но я настоятельно рекомендую вам следовать описанным мною здесь этапам обслуживания, чтобы обеспечить безотказную работу в течение многих лет.В противном случае вы, вероятно, будете ставить новый двигатель в автомобиль в будущем.
Прямой впрыск бензина уже здесь, и пора познакомиться
Когда мы вступили в 2014 год, промышленность гудела от аббревиатуры «GDI», иначе известной как Прямой впрыск бензина. Различие между «бензином» имеет большое значение, поскольку прямой впрыск существует в дизельной промышленности с 70-х годов. Хотя изобретение GDI для аэрокосмической промышленности, а также его первое использование на легковых автомобилях предшествовало этому, на самом деле он не стал популярным до середины 90-х годов.GM была в авангарде в 2003 году, когда представила новые четырехцилиндровые двигатели Ecotec, в которых использовалось так называемое Spark Ignition Direct Injection (SIDI). Несколько лет спустя появился 3,6-литровый LLT V-6, и, конечно же, GM снова попала в заголовки газет, выпустив два самых мощных малоблочных V-8 поколения V с прямым впрыском, когда-либо созданных.
Технологии, с которыми конкурируют только 4,5-литровый V-8 Ferrari 458 и 5,2-литровый V-10 Audi / Lamborghini, расположены между крыльями Chevrolet Corvette Stingray 2014–15 годов и Corvette Z06 2014 года.С 1985 по 2013 год малоблочные автомобили Chevy питались по технологии «портового топлива», и именно здесь начинается раскол в современном мире заправки топливом! Оглядываясь назад на последний раунд GM V-8 (Gen III / IV), топливо всегда впрыскивалось в двигатель через точки во впускном коллекторе и стреляло во впускной клапан, прежде чем оно попадало в камеру сгорания. При использовании этого метода капли топлива будут прилипать к стенкам впускного отверстия, сидеть на задней части впускного клапана и изо всех сил пытаться смешаться с приближающимся движением заряда воздуха, который был только что проглочен.По мере того, как производители оборудования продолжают усердно работать над улучшением распределения каждой капли топлива, мы можем видеть, как эта конструкция имеет свои недостатки.
В бензиновых двигателях с прямым впрыском (GDI) топливовоздушная смесь образуется непосредственно в камере сгорания. Не нужно беспокоиться о том, насколько эффективно топливо распыляется или проходит через головку блока цилиндров. Вместо этого через впускной клапан в камеру сгорания попадает только свежий воздух. Топливо впрыскивается в воздушный поток под очень высоким давлением. Результат — оптимальный эффект завихрения и улучшенное охлаждение камеры сгорания.Это, в свою очередь, открывает путь к более высокой компрессии и большей эффективности, что приводит к снижению расхода топлива, увеличению мощности и существенному улучшению динамики движения.
Просмотреть все 14 фотографий Просмотреть все 14 фотографий Вот реальный узел форсунки GDI. Обратите внимание на удлиненный корпус, необходимый для проникновения в камеру сгорания. См. Все 14 фотографий. При давлении 2175 фунтов на квадратный дюйм форсунки OEM LT1 расходуют примерно 160 фунтов / час, что необходимо для распыления почти такого же количества топлива, но только за 25 фунтов на квадратный дюйм. процентов времени, так как форсунки в исходящем LS3 нужны.Модификация форсунок для увеличения потока имеет некоторые непредвиденные последствия для характеристик потока. В настоящее время мы находимся во власти рынка запчастей, чтобы разработать инжектор с более высокой пропускной способностью, если вы планируете производить более 1000 л.с. без дополнительной заправки. Посмотреть все 14 фото На первый взгляд новый двигатель GM LT1 очень похож на LS, но есть немало изменений, главное из которых — способ подачи топлива в камеру сгорания. Посмотреть все 14 фотоПеремещение топливной форсунки к камере сгорания имеет много последствий с точки зрения дизайна.Инжектор должен выдерживать температуру свыше 1000 градусов, а пространство для установки должно быть ограничено. Тем не менее, форсунки должны быть достаточно прочными с точки зрения расхода и давления, поскольку форсунка может распылять только при закрытом выпускном клапане. По сравнению с впрыском в порт примерно 25 процентов времени на один оборот коленчатого вала приходится на то, чтобы та же масса топлива попала в камеру. Кроме того, форсунки должны выдерживать давление в цилиндре 800–1500 фунтов на квадратный дюйм, а не только 14,7 фунтов на квадратный дюйм атмосферного давления или даже 30 фунтов на квадратный дюйм наддува в коллекторе.
В двигателях с прямым впрыском используется давление топлива от 500 до 2800 фунтов на квадратный дюйм, чтобы выжать столько объема, сколько необходимо за такое короткое окно, и идти в ногу с давлением в цилиндре. При давлении 2175 фунтов на квадратный дюйм заводские форсунки откачивают 160 фунтов / час с использованием входа 64 В и низкого импеданса (пиковое и удерживаемое) в LT1. Для сравнения, двигатель LSx будет изменять время включения или рабочий цикл форсунки от 3 до 85 процентов при постоянном давлении топлива 58 фунтов на квадратный дюйм, входном напряжении 12 В и высоком импедансе (насыщение). Вместо типичного распыления с вентилятором, очень мелкие капли форсунок GDI нацелены на «топливный бак» в центре поршня.Конструкция днища поршня имеет решающее значение для правильного сгорания в двигателе GDI. В приложениях с высоким наддувом даже хорошо спроектированный поршень имеет проблемы с удержанием топлива от стенки цилиндра (подробнее об этом позже).
Помимо увеличения расхода топлива, эффективность прямого впрыска обеспечивает более высокую степень статического сжатия. LT1 составляет 11,5: 1, что почти на целый пункт выше LS3, в то время как LT4 с наддувом составляет 10,0: 1 (почти на целый пункт выше, чем LS9 с наддувом). GDI использует неиспользованный охлаждающий потенциал топлива, скрытую теплоту парообразования, снижая температуру в камере сгорания.Более холодная камера означает большее сопротивление удару и возможность более высокого сжатия. Преимущество скачка сжатия очевидно на кривой крутящего момента LT1 от 2 000 до 5 000 об / мин, что составляет конкуренцию LS7 с объемом двигателя 427 кубических дюймов.
Посмотреть все 14 фотографий Спереди и в центре находится механический топливный насос, который по сигналам кулачка распределительного вала и блока управления двигателем E92 может изменять давление топлива от 500 до 2800 фунтов на квадратный дюйм для достижения заданного соотношения воздух / топливо. На выставке SEMA 2013 на выставке SEMA 2013 компания COMP Cams представила линейку вторичных распределительных валов Gen V с пятью различными лопастями топливного насоса.На диаграмме вы можете видеть, что они варьируются от ложи до увеличения потока на 74 процента при использовании 3-5 бросков и 5-7,5 мм подъема. Это ключ к значительному увеличению мощности (без расхода топлива). См. Все 14 фотографий См. Все 14 фотографий Wiseco и другие производители поршней на вторичном рынке также должны использовать топливный бачок в центре поршня для улавливания топлива, выходящего из форсунок GDI. . В противном случае топливо могло попасть к стенке цилиндра, вдали от пламени и сжатия. См. Все 14 фотографий. При использовании впрыска метанола, гоночного газа или какой-либо их комбинации на заводской топливной системе было достигнуто значение к северу от 900 об / ч. с кулачками COMP.Конечно, также потребовались двигатель 416ci, перенесенные головки блока цилиндров, наддув и значительная настройка динамометрического стенда.Двигаясь дальше от камеры сгорания, важно отметить несколько других ключевых различий между прямым впрыском и прямым впрыском. В задней части двигателя, за впускным коллектором, находится массивная маленькая штуковина из нержавеющей стали, которая представляет собой механический топливный насос высокого давления. Насос приводится в действие подъемником уникального вида, который перемещается на треугольном выступе на задней части распределительного вала. Это трио кулачков соответствует трем насосам на оборот кулачка.Из-за этой конструкции объем топлива фиксируется в зависимости от числа оборотов в минуту. К счастью, такие производители, как COMP Cams, могут использовать различные профили лепестков для увеличения расхода топлива для тех, кто хочет получить значительно больше мощности, чем стандартные. Как упоминалось ранее, давление топлива является динамическим — для увеличения или уменьшения количества топлива. Давление топлива регулируется внутренним электромагнитным клапаном, который принимает команды от контроллера E92 (ECM) в зависимости от скорости и нагрузки. Насос высокого давления питается от насоса низкого давления, который расположен в топливном баке, как это было традиционно в предыдущие годы.
Итак, теперь, когда у нас есть базовый обзор GDI, что происходит, когда мы начинаем стремиться к увеличению мощности? Одно из препятствий — топливные форсунки. Чтобы получить мощность, мы должны смешать правильную массу топлива с пропорциональной массой воздуха. Установка нагнетателя наверняка увеличит массу воздуха, что потребует большей массы топлива. Пиковые и удерживающие (с низким импедансом) форсунки используют высокий ток для быстрого открытия, и как только форсунка открывается, она медленно снижает силу тока до тех пор, пока не будет доставлена масса топлива.В это время форсунка ограничена общим расходом топлива. Кроме того, она также ограничена рисунком распыления. Инжектор имеет шесть стратегически расположенных микроскопических отверстий, направленных на определенные части камеры сгорания. Инженеры GM потратили бесчисленное количество часов на моделирование камеры, чтобы определить, куда направить отверстия форсунок для получения оптимальной топливно-воздушной смеси. Любые несмешанные капли образуют лужи, которые прекращают горение, увеличивают выбросы и, в конечном итоге, приводят к снижению производительности.Поэтому, когда несколько компаний послепродажного обслуживания попытались пробурить заводские форсунки, чтобы увеличить поток, это привело к непредвиденным негативным последствиям. Пока такая компания, как Injector Dynamics, не представит на вторичном рынке форсунки GDI, производители ограничены мощностью около 1000 лошадиных сил (с вышеупомянутыми лепестками топливного насоса COMP Cams).
Настройка — еще одно важное соображение для контроллера E92 C7. Такие вещи, как управление крутящим моментом, приобретают совершенно новое значение, поскольку калибровка больше не основана на потоке воздуха и TPS.Вместо этого компьютер в качестве цели использует крутящий момент. Ухудшение или закрытие дроссельной заслонки может быть симптомом этого недоразумения. Кроме того, решающее значение имеют синхронизация форсунки и кулачка. Имея короткий промежуток времени для запуска заряда, вы можете легко отправить сырое топливо из выхлопной трубы или вымыть покрытые масляной пленкой стенки цилиндра (не очень хорошо!). Калибровку компьютера лучше доверить тому, кто имеет опыт работы с двигателями с прямым впрыском.
Просмотреть все 14 фотоБензиновый двигатель с прямым впрыском — обзор
1.4 Система впрыска топлива под высоким давлением
Система впрыска топлива является ключевым компонентом бензинового двигателя DI. Он должен иметь возможность обеспечивать как поздний впрыск для послойного сгорания заряда при частичной нагрузке, так и ранний впрыск во время такта впуска для однородного сгорания заряда при работе с высокой нагрузкой. Для работы с однородной заправкой требуется хорошо распыленный и равномерно распределенный топливный распылитель с ранним впрыском при низком давлении в цилиндре. Для режима послойной загрузки желательна хорошо распыленная, но компактная и повторяемая форма струи для достижения быстрого образования смеси и контролируемого расслоения.
Ключевым технологическим фактором для современного бензинового двигателя DI является разработка систем впрыска топлива с электронным управлением. До 1990-х годов использовались механические системы впрыска топлива «насос – магистраль – форсунка» с фиксированным временем впрыска и однократным впрыском. Первоначально разработанный для двухтактных бензиновых двигателей с прямым впрыском топлива, электронный инжектор высокого давления с электромагнитным приводом стал доступен в конце 1980-х годов и вскоре был принят для разработки четырехтактных бензиновых двигателей с прямым впрыском.Как показано на рис. 1.2, топливная система высокого давления для бензиновых двигателей с прямым впрыском содержит насос высокого давления, приводимый непосредственно в действие одним из распределительных валов, который подает топливо под давлением в общую топливную рампу, установленную в головке блока цилиндров, и топливную систему высокого давления. электронные топливные форсунки под давлением.
Первое поколение современных бензиновых двигателей DI спроектировано с настенной системой сгорания. Электромагнитные форсунки высокого давления в основном имеют вихревую конструкцию, как показано на рис. 1.7, которая имеет штифт, открывающийся внутрь, и одно выходное отверстие (например.г. Hentschel et al. , 1999). Жидкость выходит из единственного выпускного отверстия в виде кольцевого листа, который распространяется радиально наружу, образуя струю в виде полого конуса. Однако форма распыления от такого открывающегося внутрь вихревого инжектора претерпевает значительные изменения в зависимости от давления впрыска, давления или плотности окружающей среды и рабочей температуры инжектора. При расчетном давлении впрыска (от 50 до 100 бар) и повышенной плотности окружающей среды во время позднего впрыска во время операции расслоенного заряда произойдет схлопывание струи в виде полого конуса, образуя узкую оболочку струи с увеличенным проникновением струи.В результате структура струи из вихревой форсунки существенно изменяется в рабочем диапазоне плотности в цилиндре и давления в топливной рампе, что приводит к значительным трудностям в оптимизации операций послойного заряда в широком диапазоне условий частичной нагрузки.
1,7. Бензиновые форсунки с прямым впрыском в производстве.
Одним из основных ограничений бензиновых двигателей DI первого поколения с системами сгорания с направленной стенкой является требование сильного движения заряда в цилиндре, такого как кувырок или завихрение.Для создания движения заряда требуется либо впускной канал с высоким крутящим моментом, либо винтовой канал, что часто приводит к снижению объемного КПД и, следовательно, к снижению характеристик полного крутящего момента. Чтобы уменьшить зависимость от системы регулирования расхода, в бензиновом двигателе DI второго поколения Toyota использовался щелевой инжектор высокого давления (Кеанда и др. , 2000). Инжектор щелевого типа имеет одно прямоугольное отверстие, и его прорезь расположена так, чтобы производить веерообразную струю либо на оси, либо вне оси.Соотношение длины и ширины прямоугольной щели можно регулировать для создания диапазона номинальных углов включения вентилятора. Сообщалось, что использование инжектора щелевого типа обеспечивает как улучшенную кривую крутящего момента, так и более широкий диапазон операций послойного заряда.
Для достижения стратифицированной системы сгорания с разбрызгиванием при частичной нагрузке и улучшения характеристик полной нагрузки бензинового двигателя с прямым впрыском были разработаны и введены в действие форсунка с несколькими отверстиями, управляемая соленоидом, и форсунка с пьезоэлектрическим приводом. в автомобили массового производства.Основное преимущество форсунок с несколькими отверстиями состоит в том, что любой пространственный рисунок распределения топлива может быть получен в принципе за счет количества отверстий, включая угол или углы рисунка распыления, на оси форсунки или смещенной от нее. Таким образом, можно спроектировать портфель форсунок с несколькими отверстиями в соответствии с необходимой оптимизацией системы сгорания, как показано на рис. 1.7. Однако, поскольку распыление под давлением является единственным механизмом для образования капель топлива, относительно более высокое давление впрыска ( c .150 МПа) обычно используется для получения качественного распыления. Кроме того, малый диаметр отверстия сопла и более высокая температура заряда при искровом воспламенении увеличивают тенденцию к закупорке отверстия форсунки отложениями сажи. Поэтому инжектор следует размещать в зоне, где инжектор может быть хорошо охлажден до температуры ниже 130 ° C, чтобы предотвратить образование отложений сажи.
Инжектор с открыванием наружу, показанный на рис. 1.7, по сравнению с этим может эффективно устранить блокировку сопла инжектора сажей через его штифт, открывающийся наружу.Более того, начальная толщина жидкого слоя спрея напрямую регулируется ходом иглы. В результате открывающийся наружу инжектор позволяет контролировать угол распыления, глубину проникновения и размер капель.
Пьезоэлектрический привод основан на быстром изменении размеров некоторых керамических материалов под воздействием электрического поля. Быстрое время открытия и закрытия позволяет значительно сократить минимальный период открытия и увеличить впрыск топлива при полном подъеме цапфы.Изменение характеристик открывания от срабатывания к срабатыванию также лучше у пьезоактуатора. Возможность работать с гораздо более короткой продолжительностью впрыска с повторяемой динамикой срабатывания и количеством топлива приводит к существенному улучшению динамического диапазона и рабочего расхода форсунки. Расширенный динамический диапазон и большая скорость потока являются необходимыми условиями для разработки бензиновых двигателей с наддувом DI и двигателей, которые могут работать как на спиртовом, так и на бензиновом топливе.Кроме того, быстрый пьезоэлектрический инжектор позволяет использовать несколько впрысков за цикл.
В таблице 1.1 приведены основные характеристики трех основных типов форсунок, как описано выше. И соленоидные форсунки с несколькими отверстиями, и форсунки с пьезоэлектрическим приводом, открывающиеся наружу, в настоящее время серийно производятся с насосами высокого давления, обеспечивающими давление топлива до 20 МПа (Stach et al. , 2007; Achleitner et al. , 2007).
Таблица 1.1. Сравнение трех типов бензиновых форсунок DI
Характеристики | Форсунка с несколькими отверстиями | Пьезо-форсунка с открытием наружу | Форсунка с вихревым / внутренним открыванием | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Гибкость29 формы распыления + 901 | + | + | ||||||||
Наклонная ось распыления | + | — | + | |||||||
Качество распыления при 10 МПа | — | + | + | Зависимость от давления | назад | + + | + + | — | ||
Приготовление гомогенной смеси с ранним впрыском | + + | + | ||||||||
Расход и динамический диапазон | — | + — | + — | + — | ||||||
Многократный впрыск | + | + + | + | |||||||
Robustne SS против засорения | — | + + | + |
Основные сведения о прямом впрыске топлива и принципах его работы
Прямой впрыск топлива — это технология подачи топлива, которая позволяет бензиновым двигателям сжигать топливо более эффективно, что приводит к большей мощности, более чистым выбросам и повышенной экономии топлива.
Как работает прямой впрыск топлива
Бензиновые двигатели работают, всасывая смесь бензина и воздуха в цилиндр, сжимая его поршнем и воспламеняя искрой. В результате взрыва поршень движется вниз, производя энергию. Традиционные системы непрямого впрыска топлива предварительно смешивают бензин и воздух в камере сразу за цилиндром, называемой впускным коллектором. В системе прямого впрыска воздух и бензин предварительно не смешиваются. Скорее, воздух поступает через впускной коллектор, а бензин впрыскивается непосредственно в цилиндр.
Преимущества прямого впрыска топлива
В сочетании с сверхточным компьютерным управлением прямой впрыск позволяет более точно контролировать дозирование топлива, то есть количество впрыскиваемого топлива и время впрыска, точную точку, когда топливо вводится в цилиндр. Расположение форсунки также позволяет получить более оптимальную схему распыления, при которой бензин разбивается на более мелкие капли. Результат — более полное сгорание. Другими словами, сжигается больше бензина, что означает большую мощность и меньшее загрязнение от каждой капли бензина.
Недостатки прямого впрыска топлива
Основные недостатки двигателей с прямым впрыском — сложность и стоимость. Системы прямого впрыска более дороги в изготовлении, потому что их компоненты должны быть более прочными. Они работают с топливом при значительно более высоком давлении, чем системы непрямого впрыска, а сами форсунки должны выдерживать тепло и давление сгорания внутри цилиндра.
Насколько мощнее и эффективнее эта технология?
Cadillac CTS продается как с прямым, так и с прямым впрыском топлива.6-литровый двигатель V6. Непрямой двигатель производит 263 лошадиных силы и 253 фунт-фут. крутящего момента, в то время как прямая версия развивает 304 л.с. и 274 фунт-фут. Несмотря на дополнительную мощность, оценки экономии топлива EPA для двигателя с непосредственным впрыском на 1 милю на галлон выше в городе (18 миль на галлон против 17 миль на галлон) и равны на шоссе. Еще одним преимуществом является то, что двигатель Cadillac с непосредственным впрыском работает на обычном 87-октановом бензине. Конкурирующие автомобили Infiniti и Lexus, использующие двигатели V6 мощностью 300 л.с. с непрямым впрыском, требуют топлива премиум-класса.
Возобновление интереса к непосредственному впрыску топлива
Технология прямого впрыска существует с середины 20 века. Однако немногие автопроизводители использовали его для автомобилей массового потребления. Непрямой впрыск топлива с электронным управлением выполнял эту работу почти так же хорошо, как и значительно более низкие производственные затраты, и предлагал огромные преимущества по сравнению с механическим карбюратором, который был доминирующей системой подачи топлива до 1980-х годов. Такие события, как рост цен на топливо и ужесточение законодательства об экономии топлива и выбросах, побудили многих автопроизводителей начать разработку систем прямого впрыска топлива.Вы можете ожидать, что в ближайшем будущем все больше и больше автомобилей будут использовать систему прямого впрыска.
Дизельные автомобили с прямым впрыском топлива
Практически все дизельные двигатели используют прямой впрыск топлива. Однако, поскольку дизельные двигатели используют другой процесс сжигания своего топлива, когда традиционный бензиновый двигатель сжимает смесь бензина и воздуха и воспламеняет ее от искры, дизели сжимают только воздух, а затем распыляют топливо, которое воспламеняется от тепла и давления. , их системы впрыска отличаются по конструкции и принципу действия от систем непосредственного впрыска бензина.
ТехнологияGDI растет среди транспортных средств | 2020-06-10
Взгляните на прошлое, настоящее и будущее технологии бензиновых двигателей с прямым впрыском. Конструкция впрыска топлива становится все более популярной как способ повышения эффективности, и в 2020 году ремонтные мастерские увидят больше таких двигателей.
Прошлое
В июне 2014 года на сайте National Oil and Lube News был опубликован сюжет под названием «Воздух, огонь и топливо: будущее двигателей внутреннего сгорания.”
В конструкции двигателей произошли большие изменения, и большая часть этих изменений была вызвана целевыми показателями эффективности, установленными в правилах корпоративной средней экономии топлива (CAFE) федерального правительства.
«Стандарты CAFE продвигают продукт в том направлении, в котором он не обязательно развился бы сам по себе», — сказал тогда журналу Джей Кавано, технический редактор Edmunds.com.
Одна тенденция возникла в то время как сочетание характеристик: двигатели меньшего размера, технологии прямого впрыска и, зачастую, турбонаддув.
Автопроизводители изучили множество различных приемов повышения эффективности двигателей. Деактивация цилиндров, стоп-старт, гибридно-электрические трансмиссии и другие. Ни один из них не стал популярнее, чем система прямого впрыска для бензиновых двигателей.
Прямой впрыск распыляет точное количество топлива прямо в камеру сгорания, что в сочетании с точной синхронизацией зажигания может максимизировать мощность, генерируемую в этом процессе. Это альтернатива распределенному впрыску топлива.
В 2015 г.S. Министерство энергетики обнаружило, что технология GDI (непосредственный впрыск бензина) быстро завоевала популярность, достигнув почти 40 процентов доли рынка всего за семь лет использования. Это намного превзошло конкурирующие проекты, связанные с эффективностью.
Настоящее
В 2019 году все автопроизводители предлагают двигатели с прямым впрыском для некоторых моделей. Они часто работают в паре с турбокомпрессорами и имеют меньший рабочий объем, чем то, что могло быть распространено раньше.
«Из всех новых технологий непосредственный впрыск бензина (GDI) получил наибольшее распространение среди производителей, достигнув 51% в 2018 модельном году», — говорится в отчете Министерства энергетики за 2019 год.
Восемь крупнейших автопроизводителей использовали GDI более чем в 75 процентах своих автомобилей.
На этом пути были неровности. Двигатели GDI были склонны к отложению на впускных клапанах. Форсунки распыляют под сверхвысоким давлением, что может привести к выбросу бензина из камеры сгорания.
Другой большой проблемой стало появление предварительного зажигания на низких оборотах в двигателях с прямым впрыском с турбонаддувом. Этот «супердетонация» возникает из-за чрезмерного давления в цилиндре, которое приводит к аномальному сгоранию.LSPI может вызвать серьезные повреждения двигателей.
Будущее
Промышленность отреагировала на эти проблемы разными способами. Нефтяные компании меняют формулы и пакеты присадок, чтобы помочь бороться с отложениями. Автономные аддитивные компании также разрабатывают свои собственные продукты. Производители двигателей вносят изменения в конструкцию, чтобы сделать более поздние модели менее подверженными этим проблемам.
Бензиновые двигатели с прямым впрыском (GDI)
Поиски более эффективных, интеллектуальных и экологически чистых поршневых двигателей с искровым зажиганием (SI) на жидком топливе сейчас активнее и активнее, чем когда-либо прежде.Механизмы GDI SI преодолели многие из первоначальных ограничений и теперь становятся обычным явлением. Этот семинар предоставит всесторонний обзор двигателей GDI. Приготовление смеси и процесс сгорания с упором на стратегии работы и управления как однородным, так и стратифицированным зарядом, включая вопросы, связанные с прямым впрыском бензина в камеру сгорания, и требования к системе впрыска топлива для оптимальных характеристик распыления. Также будут рассмотрены выбросы загрязняющих веществ, экономия топлива и влияние некоторых ключевых проектных и эксплуатационных параметров.Семинар завершается обзором избранного списка серийных и прототипов двигателей GDI.
Цели обучения
По завершении этого семинара вы сможете:
- Описать причины работы двигателя GDI
- Анализируйте важные процессы в двигателях GDI
- Объясните требования к распылению жидкости, распылителям и форсункам для успешной работы GDI
- Использование технологии и логики прямого впрыска бензина
- Оценка и прогноз влияния основной конструкции двигателя и условий эксплуатации на производительность, сгорание и выбросы в двигателях GDI
- Эффективно общайтесь с инженерами, занимающимися вопросами впрыска топлива, сгорания и выбросов в двигателе GDI на вашей фирме или с клиентами.
- Эффективно участвует в разработке критических компонентов, таких как камеры сгорания, форсунки и стратегии сокращения выбросов
- Объясните и используйте компромиссы между повышением производительности двигателя и поддержанием низких характеристик выбросов
Кто должен посетить
Этот семинар будет особенно полезен для инженеров, технических менеджеров и менеджеров проектов, исследователей и академиков.Этот курс принесет большую пользу инженерам, занимающимся проектированием компонентов для обеспечения высокой эффективности и производительности двигателей GDI, а также тем, кто прямо или косвенно участвует в приготовлении смеси и сокращении выбросов вредных загрязняющих веществ из этих двигателей. Инженеры-экологи, желающие расширить свое понимание образования брызг топлива, сгорания и выбросов двигателей GDI, получат выгоду, а также инженеры, активно участвующие в разработке и применении программного обеспечения для моделирования и проектирования камер сгорания, динамики распыления топлива, сгорания и выбросов. вопросы.
Предварительные требования
Участники должны иметь общие знания о работе двигателя, особенно о процессах сгорания в цилиндрах. Тем не менее, представлен очень краткий обзор предмета.
Отзывы
«Он охватывает всех возможных участников, от тех, кому нужен только обзор, до тех, кому нужны самые глубокие детали двигателя GDI. Стоит поездка, которую я совершил из Греции.»
Саввас Саввакис
Доктор наук
Университет Аристотеля в Салониках
Вы должны пройти все контактные часы курса и успешно сдать обучающий экзамен, чтобы получить CEU.
Технология прямого впрыска бензина может того не стоить, как показывают исследования.
Хотя значительные черные отложения сажи — и даже, иногда, видимые вздутия, исходящие из выхлопной трубы — раньше были признаком того, что ваш бензиновый автомобиль нуждается в доработке, они нормальный факт жизни со многими более новыми автомобилями, которые предположительно более экологически чистые.
Что за отключение? В то время как современные технологии непосредственного впрыска бензина, которые постепенно внедряются, помогают повысить топливную эффективность и сократить выбросы углекислого газа, они производят больше аэрозолей сажи.
И, как предполагает новое моделирование, они потенциально не подходят для предотвращения потепления атмосферы.
Исследование, опубликованное на прошлой неделе Инженерным колледжем Университета Джорджии и опубликованное в декабре в журнале Environmental Science and Technology, делает прогноз: выбросы черного углерода от автомобилей с прямым впрыском будут способствовать потеплению атмосферы — и многому другому. Важно то, что потенциальный ущерб от этого перевесит сокращение выбросов углекислого газа, достигаемое за счет прямого впрыска.
Равад Салех, главный исследователь исследования, говорит, что это исследование является первым, в котором фактически смоделированы эффекты увеличения содержания черного углерода.
В исследовании отмечается, что «социальные издержки, связанные с острым локальным климатическим бременем и последствиями для здоровья населения, вызванными транспортными средствами GDI, в значительной степени перевешивают их маргинальные глобальные климатические преимущества».
Смог над Лос-Анджелесом, любезно предоставлено пользователем Flickr steven-buss
Кроме того, они предсказывают, что могут пройти десятилетия, прежде чем выгоды от выбросов CO2 перевесят затраты, в том числе и воздействие на местное здоровье.К тому времени, согласно большинству прогнозов, парк будет в основном электрическим.
Согласно отчету EPA о тенденциях в автомобильной отрасли за 2019 год, 51% парка автомобилей США имели двигатели с прямым впрыском. Это число выросло до 100% для Mercedes-Benz и до 2% (по объему) для Toyota; но по оценкам Агентства по охране окружающей среды, к 2025 году 98% бензиновых двигателей в новых автомобилях будут иметь непосредственный впрыск.
Green Car Reports на протяжении многих лет проверял у нескольких автопроизводителей вопросы о большом количестве наблюдаемой сажи, исходящей от двигателей GDI, и общий ответ таков, что это нормально, а затраты перевешивают выгоды.Хотя мы знаем, что у этого аргумента есть обратная сторона — поставщики и автомобильная промышленность в настоящее время совершенствуют эту технологию и что она открывает больше возможностей, таких как динамическая деактивация цилиндров, — эти результаты говорят об обратном.
Ряд автопроизводителей, в том числе Volkswagen и Mercedes-Benz, противодействуют этой тенденции, внедряя фильтры твердых частиц (GPF), но, как отмечают исследователи, это может снизить топливную эффективность и выброс углекислого газа.
.